Генетически модифицированные дрожжи увеличили производство экологичной янтарной кислоты

Схема стратегии инженерии кофакторов на основе декомпартментализации. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62304-w

Исследователи из Центра инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) добились значительного прогресса в коммерциализации экологичного метода производства янтарной кислоты, увеличив выход продукта.

Команда из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и Принстонского университета модифицировала метаболизм дрожжей Issatchenkia orientalis, чтобы усилить их способность ферментировать растительную глюкозу в янтарную кислоту. Это важное промышленное химическое вещество используется в пищевых добавках, сельском хозяйстве и фармацевтике.

Естественный процесс ферментации с использованием дрожжей и возобновляемого растительного сырья более экологичен, чем традиционное производство из нефтехимии. Однако, как отмечает профессор Хуэймин Чжао, руководитель направления CABBI, высокая стоимость остается препятствием для коммерческого внедрения.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые применили стратегию «декомпартментализации» метаболизма дрожжей, что позволило увеличить выход янтарной кислоты до 85% — значительное улучшение по сравнению с предыдущими 64%.

Производство янтарной кислоты в лабораторных биореакторах. Автор: Julie Wurth/CABBI.

Ученые перенесли ключевые компоненты системы производства NADH (никотинамидадениндинуклеотида) из митохондрий в цитозоль, где происходит синтез янтарной кислоты. Это обеспечило клетки большим количеством энергии именно там, где это необходимо.

«Эти достижения приближают нас к более экологичным производственным процессам, которые приносят пользу как окружающей среде, так и экономике», — сказал Винь Тран, ведущий автор исследования.

Янтарная кислота входит в список 12 наиболее важных биохимикатов Министерства энергетики США. Увеличение выхода до 0,85 грамма на грамм глюкозы снизило минимальную цену продажи продукта до 97 центов за килограмм (ранее $1.30).

При годовом объеме производства 700 000 тонн и рынке в $200 млн даже небольшая экономия дает значительный эффект. Компании уже проявили интерес к масштабированию этой технологии, и коммерческое внедрение может произойти в течение года.

Команда CABBI также применяет этот подход для производства других промышленно важных органических кислот, таких как 3-гидроксипропионовая кислота (3-HP), в рамках разработки биотоплива и биохимикатов из биомассы.

Дополнительная информация: Vinh G. Tran et al, Decompartmentalization of the yeast mitochondrial metabolism to improve chemical production in Issatchenkia orientalis, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62304-w